Ang mundo ng halaman ay isa sa mga pangunahing kayamanan ng ating planeta. Ito ay salamat sa mga flora sa Earth na mayroong oxygen na lahat tayo ay huminga, mayroong isang malaking base ng pagkain kung saan nakasalalay ang lahat ng nabubuhay na bagay. Ang mga halaman ay natatangi dahil maaari nilang i-convert ang mga inorganikong compound ng kemikal sa mga organikong sangkap.
Nagagawa nila ito sa pamamagitan ng photosynthesis. Ang pinakamahalagang prosesong ito ay nagaganap sa mga partikular na organel ng halaman, mga chloroplast. Ang pinakamaliit na elementong ito ay talagang tinitiyak ang pagkakaroon ng lahat ng buhay sa planeta. Nga pala, ano ang chloroplast?
Basic definition
Ito ang pangalan ng mga partikular na istruktura kung saan nagaganap ang mga proseso ng photosynthesis, na naglalayong mag-binding ng carbon dioxide at ang pagbuo ng ilang carbohydrates. Ang by-product ay oxygen. Ang mga ito ay pinahabang organelles, na umaabot sa isang lapad na 2-4 microns, ang kanilang haba ay umabot sa 5-10 microns. Ang ilang mga species ng berdeng algae kung minsan ay may mga higanteng chloroplast na 50 microns ang haba!
Ang parehong algae ay maaaring magkaroonisa pang tampok: para sa buong cell mayroon lamang silang isang organelle ng species na ito. Sa mga selula ng mas mataas na mga halaman, kadalasang mayroong 10-30 chloroplast. Gayunpaman, sa kanilang kaso, maaaring may mga kapansin-pansing pagbubukod. Kaya, sa palisade tissue ng ordinaryong shag mayroong 1000 chloroplast bawat cell. Para saan ang mga chloroplast na ito? Ang photosynthesis ang kanilang pangunahing, ngunit malayo sa tanging papel. Upang malinaw na maunawaan ang kanilang kahalagahan sa buhay ng halaman, mahalagang malaman ang maraming aspeto ng kanilang pinagmulan at pag-unlad. Ang lahat ng ito ay inilalarawan sa natitirang bahagi ng artikulo.
Ang pinagmulan ng chloroplast
So, ano ang chloroplast, natutunan namin. Saan nagmula ang mga organel na ito? Paano nangyari na ang mga halaman ay nakabuo ng kakaibang kagamitan na nagpapalit ng carbon dioxide at tubig sa mga kumplikadong organikong compound?
Sa kasalukuyan, sa mga siyentipiko, ang pananaw ng endosymbiotic na pinagmulan ng mga organel na ito ay nangingibabaw, dahil ang kanilang independiyenteng paglitaw sa mga selula ng halaman ay medyo nagdududa. Kilalang-kilala na ang lichen ay isang symbiosis ng algae at fungus. Ang unicellular algae ay nakatira sa loob ng mushroom cell. Ngayon, iminumungkahi ng mga siyentipiko na noong sinaunang panahon, ang photosynthetic cyanobacteria ay tumagos sa mga selula ng halaman, at pagkatapos ay bahagyang nawala ang kanilang "kalayaan", na inililipat ang karamihan sa genome sa nucleus.
Ngunit napanatili ng bagong organoid ang pangunahing tampok nito nang buo. Ito ay tungkol lamang sa proseso ng photosynthesis. Gayunpaman, ang aparato mismo, na kinakailangan upang maisagawa ang prosesong ito, ay nabuo sa ilalimkontrol ng parehong cell nucleus at ang chloroplast mismo. Kaya, ang paghahati ng mga organel na ito at iba pang mga prosesong nauugnay sa pagpapatupad ng genetic na impormasyon sa DNA ay kinokontrol ng nucleus.
Ebidensya
Kamakailan lamang, ang hypothesis ng prokaryotic na pinagmulan ng mga elementong ito ay hindi masyadong sikat sa komunidad ng siyensya, marami ang nagtuturing na ito ay "mga imbensyon ng mga baguhan." Ngunit pagkatapos ng isang malalim na pagsusuri ng mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide sa DNA ng mga chloroplast, ang palagay na ito ay napakahusay na nakumpirma. Ito ay lumabas na ang mga istrukturang ito ay lubos na katulad, kahit na nauugnay, sa DNA ng mga bacterial cell. Kaya, ang isang katulad na pagkakasunud-sunod ay natagpuan sa libreng buhay na cyanobacteria. Sa partikular, ang mga gene ng ATP-synthesizing complex, gayundin sa "mga makina" ng transkripsyon at pagsasalin, ay naging lubhang magkatulad.
Ang mga promoter na tumutukoy sa simula ng pagbabasa ng genetic na impormasyon mula sa DNA, pati na rin ang mga terminal nucleotide sequence na responsable sa pagwawakas nito, ay nakaayos din sa larawan at pagkakahawig ng mga bacterial. Siyempre, ang bilyun-bilyong taon ng mga pagbabagong ebolusyon ay maaaring gumawa ng maraming pagbabago sa chloroplast, ngunit ang mga pagkakasunud-sunod sa mga gene ng chloroplast ay nanatiling ganap na pareho. At ito ay hindi maikakaila, kumpletong patunay na ang mga chloroplast ay minsan nga ay nagkaroon ng prokaryotic na ninuno. Maaaring ito ang organismo kung saan nag-evolve din ang modernong cyanobacteria.
Pagbuo ng chloroplast mula sa proplastids
Ang "pang-adulto" na organo ay nabubuo mula sa mga proplastid. Ito ay isang maliit, ganap na walang kulayisang organelle na ilang microns lang ang lapad. Napapaligiran ito ng isang siksik na bilayer na lamad na naglalaman ng pabilog na DNA na partikular sa chloroplast. Ang "mga ninuno" na ito ng mga organelles ay walang panloob na sistema ng lamad. Dahil sa kanilang napakaliit na sukat, ang kanilang pag-aaral ay napakahirap, at samakatuwid mayroong napakakaunting data sa kanilang pag-unlad.
Alam na ang ilan sa mga protoplastid na ito ay naroroon sa nucleus ng bawat egg cell ng mga hayop at halaman. Sa panahon ng pag-unlad ng embryo, nahahati sila at inililipat sa ibang mga selula. Madali itong i-verify: ang mga genetic na katangian na kahit papaano ay nauugnay sa mga plastid ay ipinapadala lamang sa pamamagitan ng maternal line.
Ang panloob na lamad ng protoplastid ay lumalabas sa organoid sa panahon ng pagbuo. Mula sa mga istrukturang ito, lumalaki ang mga lamad ng thylakoid, na responsable para sa pagbuo ng mga butil at lamellae ng stroma ng organoid. Sa kumpletong kadiliman, ang protopastid ay nagsisimulang mag-transform sa precursor ng chloroplast (etioplast). Ang pangunahing organoid na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng ang katunayan na ang isang medyo kumplikadong mala-kristal na istraktura ay matatagpuan sa loob nito. Sa sandaling tumama ang liwanag sa dahon ng halaman, ito ay ganap na nawasak. Pagkatapos nito, nangyayari ang pagbuo ng "tradisyonal" na panloob na istraktura ng chloroplast, na nabuo lamang ng mga thylakoids at lamellae.
Mga pagkakaiba sa mga planta ng imbakan ng starch
Ang bawat meristem cell ay naglalaman ng ilan sa mga proplastid na ito (nag-iiba-iba ang bilang nito depende sa uri ng halaman at iba pang salik). Sa sandaling magsimulang mag-transform ang pangunahing tissue na ito sa isang dahon, ang mga precursor organelle ay magiging mga chloroplast. Kaya,Ang mga batang dahon ng trigo na nakumpleto ang kanilang paglaki ay may mga chloroplast sa halagang 100-150 piraso. Medyo mas kumplikado ang mga bagay para sa mga halamang iyon na may kakayahang mag-ipon ng starch.
Iniimbak nila ang carbohydrate na ito sa mga plastid na tinatawag na amyloplast. Ngunit ano ang kinalaman ng mga organel na ito sa paksa ng aming artikulo? Pagkatapos ng lahat, ang mga tubers ng patatas ay hindi kasangkot sa photosynthesis! Hayaan akong linawin ang isyung ito nang mas detalyado.
Nalaman namin kung ano ang chloroplast, habang ipinapakita ang koneksyon ng organoid na ito sa mga istruktura ng mga prokaryotic na organismo. Dito magkatulad ang sitwasyon: matagal nang nalaman ng mga siyentipiko na ang mga amyloplast, tulad ng mga chloroplast, ay naglalaman ng eksaktong parehong DNA at nabuo mula sa eksaktong parehong mga protoplastid. Samakatuwid, dapat silang isaalang-alang sa parehong aspeto. Sa katunayan, ang mga amyloplast ay dapat ituring bilang isang espesyal na uri ng chloroplast.
Paano nabuo ang mga amyloplast?
Maaaring gumuhit ng pagkakatulad sa pagitan ng mga protoplastid at stem cell. Sa madaling salita, ang mga amyloplast mula sa ilang mga punto ay nagsisimulang bumuo sa isang bahagyang naiibang landas. Gayunpaman, natutunan ng mga siyentipiko ang isang bagay na kakaiba: nagtagumpay sila upang makamit ang magkaparehong pagbabago ng mga chloroplast mula sa mga dahon ng patatas sa amyloplast (at kabaliktaran). Ang kanonikal na halimbawa, na kilala ng bawat mag-aaral, ay ang mga tubers ng patatas ay nagiging berde sa liwanag.
Iba pang impormasyon tungkol sa mga paraan ng pagkakaiba-iba ng mga organel na ito
Alam natin na sa proseso ng paghinog ng mga bunga ng kamatis, mansanas at ilang iba pang halaman (at sa mga dahon ng mga puno, damo at palumpong sa taglagas)"degradation", kapag ang mga chloroplast sa isang plant cell ay nagiging chromoplasts. Ang mga organel na ito ay naglalaman ng mga pangkulay na pigment, mga carotenoid.
Ang pagbabagong ito ay dahil sa katotohanan na sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang thylakoids ay ganap na nawasak, pagkatapos nito ang organelle ay nakakakuha ng ibang panloob na organisasyon. Muli tayong bumalik sa isyu na sinimulan nating talakayin sa simula pa lamang ng artikulo: ang impluwensya ng nucleus sa pagbuo ng mga chloroplast. Ito ay, sa pamamagitan ng mga espesyal na protina na na-synthesize sa cytoplasm ng mga cell, na nagpasimula ng proseso ng muling pagsasaayos ng organoid.
Chloroplast structure
Sa pag-uusap tungkol sa pinagmulan at pag-unlad ng mga chloroplast, dapat nating pag-isipan ang kanilang istraktura nang mas detalyado. Bukod dito, ito ay lubhang kawili-wili at nararapat sa isang hiwalay na talakayan.
Ang pangunahing istraktura ng mga chloroplast ay binubuo ng dalawang lipoprotein membrane, panloob at panlabas. Ang kapal ng bawat isa ay tungkol sa 7 nm, ang distansya sa pagitan ng mga ito ay 20-30 nm. Tulad ng sa kaso ng iba pang mga plastid, ang panloob na layer ay bumubuo ng mga espesyal na istruktura na nakausli sa organoid. Sa mga mature na chloroplast, mayroong dalawang uri ng naturang "paikot-ikot" na lamad nang sabay-sabay. Ang dating ay bumubuo ng stromal lamellae, ang huli ay bumubuo ng mga thylakoid membrane.
Lamella at thylakoids
Dapat tandaan na mayroong malinaw na koneksyon na ang chloroplast membrane ay may katulad na mga pormasyon na matatagpuan sa loob ng organoid. Ang katotohanan ay ang ilan sa mga fold nito ay maaaring pahabain mula sa isang pader patungo sa isa pa (tulad ng sa mitochondria). Kaya ang lamellae ay maaaring bumuo ng alinman sa isang uri ng "bag" o isang branchednetwork. Gayunpaman, kadalasan ang mga istrukturang ito ay matatagpuan parallel sa isa't isa at hindi konektado sa anumang paraan.
Huwag kalimutan na sa loob ng chloroplast ay mayroon ding membrane thylakoids. Ito ay mga saradong "bag" na nakaayos sa isang stack. Tulad ng sa nakaraang kaso, mayroong isang distansya ng 20-30 nm sa pagitan ng dalawang pader ng lukab. Ang mga hanay ng mga "bag" na ito ay tinatawag na mga butil. Ang bawat column ay maaaring maglaman ng hanggang 50 thylakoids, at sa ilang mga kaso mayroong higit pa. Dahil ang kabuuang "mga sukat" ng naturang mga stack ay maaaring umabot sa 0.5 microns, minsan ay maaaring matukoy ang mga ito gamit ang isang ordinaryong light microscope.
Ang kabuuang bilang ng mga butil na nakapaloob sa mga chloroplast ng matataas na halaman ay maaaring umabot sa 40-60. Ang bawat thylakoid ay nakadikit nang mahigpit sa isa pa na ang kanilang mga panlabas na lamad ay bumubuo ng isang solong eroplano. Ang kapal ng layer sa junction ay maaaring hanggang 2 nm. Tandaan na ang mga ganitong istruktura, na nabubuo ng mga katabing thylakoids at lamellae, ay hindi karaniwan.
Sa mga lugar ng kanilang contact ay mayroon ding isang layer, kung minsan ay umaabot sa parehong 2 nm. Kaya, ang mga chloroplast (ang istraktura at mga pag-andar na kung saan ay napaka-kumplikado) ay hindi isang solong monolitikong istraktura, ngunit isang uri ng "estado sa loob ng isang estado". Sa ilang aspeto, ang istraktura ng mga organelle na ito ay hindi gaanong kumplikado kaysa sa buong istraktura ng cellular!
Ang
Granas ay eksaktong magkakaugnay sa tulong ng lamellae. Ngunit ang mga cavity ng thylakoids, na bumubuo ng mga stack, ay palaging sarado at hindi nakikipag-usap sa intermembrane sa anumang paraan.space. Gaya ng nakikita mo, ang istraktura ng mga chloroplast ay medyo kumplikado.
Anong mga pigment ang makikita sa mga chloroplast?
Ano ang maaaring nilalaman sa stroma ng bawat chloroplast? Mayroong mga indibidwal na molekula ng DNA at maraming ribosom. Sa amyloplast, nasa stroma ang mga butil ng starch na idineposito. Alinsunod dito, ang mga chromoplast ay may mga pangkulay na pigment doon. Siyempre, mayroong iba't ibang mga pigment ng chloroplast, ngunit ang pinakakaraniwan ay chlorophyll. Nahahati ito sa ilang uri nang sabay-sabay:
- Group A (asul-berde). Ito ay nangyayari sa 70% ng mga kaso, ay nakapaloob sa mga chloroplast ng lahat ng matataas na halaman at algae.
- Group B (dilaw-berde). Ang natitirang 30% ay matatagpuan din sa mas matataas na uri ng halaman at algae.
- Ang mga pangkat C, D at E ay mas bihira. Natagpuan sa mga chloroplast ng ilang species ng lower algae at halaman.
Hindi karaniwan para sa pula at kayumangging seaweed na may ganap na magkakaibang uri ng mga organikong tina sa kanilang mga chloroplast. Ang ilang algae sa pangkalahatan ay naglalaman ng halos lahat ng umiiral na chloroplast pigment.
Chloroplast functions
Siyempre, ang kanilang pangunahing tungkulin ay ang pag-convert ng liwanag na enerhiya sa mga organikong bahagi. Ang photosynthesis mismo ay nangyayari sa mga butil na may direktang partisipasyon ng chlorophyll. Ito ay sumisipsip ng enerhiya ng sikat ng araw, na ginagawang enerhiya ng mga nasasabik na electron. Ang huli, pagkakaroon ng labis na supply nito, ay nagbibigay ng labis na enerhiya, na ginagamit para sa agnas ng tubig at ang synthesis ng ATP. Kapag nasira ang tubig, nabubuo ang oxygen at hydrogen. Ang una, tulad ng isinulat namin sa itaas, ay isang by-product at inilalabas sa nakapalibot na espasyo, at ang hydrogen ay nagbubuklod sa isang espesyal na protina, ang ferredoxin.
Nag-oxidize itong muli, naglilipat ng hydrogen sa isang reducing agent, na sa biochemistry ay dinaglat bilang NADP. Alinsunod dito, ang pinababang anyo nito ay NADP-H2. Sa madaling salita, ang photosynthesis ay gumagawa ng mga sumusunod na substance: ATP, NADP-H2, at isang by-product sa anyo ng oxygen.
Ang papel ng enerhiya ng ATP
Ang nabuong ATP ay lubhang mahalaga, dahil ito ang pangunahing "accumulator" ng enerhiya na napupunta sa iba't ibang pangangailangan ng cell. Ang NADP-H2 ay naglalaman ng isang reducing agent, hydrogen, at ang tambalang ito ay madaling ibigay ito kung kinakailangan. Sa madaling salita, isa itong mabisang chemical reducing agent: sa proseso ng photosynthesis, maraming reaksyon ang nagaganap na hindi maaaring magpatuloy kung wala ito.
Susunod, ang mga chloroplast enzymes ay naglalaro, na kumikilos sa dilim at sa labas ng gran: ang hydrogen mula sa reducing agent at ang enerhiya ng ATP ay ginagamit ng chloroplast upang simulan ang synthesis ng isang bilang ng mga organikong sangkap. Dahil ang photosynthesis ay nangyayari sa mga kondisyon ng mahusay na pag-iilaw, ang mga naipon na compound ay ginagamit para sa mga pangangailangan ng mga halaman mismo sa madilim na oras ng araw.
Tamang mapapansin mo na ang prosesong ito ay kahina-hinalang katulad ng paghinga sa ilang aspeto. Paano naiiba ang photosynthesis dito? Tutulungan ka ng talahanayan na maunawaan ang isyung ito.
| Mga bagay sa paghahambing | Photosynthesis | Paghinga |
| Kapag nangyari ito | Daytime lang, sa sikat ng araw | Anytime |
| Kung saan ito tumutulo | Chlorophyll na naglalaman ng mga cell | Lahat ng buhay na selula |
| Oxygen | Highlight | Pagsipsip |
| CO2 | Pagsipsip | Highlight |
| Organic na bagay | Synthesis, bahagyang paghahati | Split only |
| Enerhiya | Lunok | Namumukod-tangi |
Ganito ang pagkakaiba ng photosynthesis sa respiration. Malinaw na ipinapakita ng talahanayan ang kanilang pangunahing pagkakaiba.
Ilang "paradox"
Karamihan sa mga karagdagang reaksyon ay nagaganap doon mismo, sa stroma ng chloroplast. Ang karagdagang landas ng mga synthesized na sangkap ay iba. Kaya, ang mga simpleng asukal ay agad na lumampas sa organoid, na naipon sa iba pang mga bahagi ng cell sa anyo ng polysaccharides, lalo na ang almirol. Sa mga chloroplast, nangyayari ang parehong pagtitiwalag ng mga taba at ang paunang akumulasyon ng mga precursor nito, na pagkatapos ay ilalabas sa ibang bahagi ng cell.
Dapat na malinaw na maunawaan na ang lahat ng reaksyon ng pagsasanib ay nangangailangan ng napakalaking dami ng enerhiya. Ang tanging pinagmumulan nito ay ang parehong photosynthesis. Ito ay isang proseso na kadalasang nangangailangan ng napakaraming enerhiya na kailangan itong makuha,sinisira ang mga sangkap na nabuo bilang isang resulta ng nakaraang synthesis! Kaya, karamihan sa enerhiya na nakukuha sa kurso nito ay ginugugol sa pagsasagawa ng maraming kemikal na reaksyon sa loob mismo ng plant cell.
Ilan lamang sa mga ito ang ginagamit upang direktang makuha ang mga organikong sangkap na kinukuha ng halaman para sa sarili nitong paglaki at pag-unlad o mga deposito sa anyo ng mga taba o carbohydrates.
Static ba ang mga chloroplast?
Karaniwang tinatanggap na ang mga cellular organelle, kabilang ang mga chloroplast (ang istraktura at mga function na inilarawan namin nang detalyado), ay mahigpit na matatagpuan sa isang lugar. Hindi ito totoo. Ang mga chloroplast ay maaaring gumalaw sa paligid ng cell. Kaya, sa mababang liwanag, malamang na kumuha sila ng isang posisyon malapit sa pinaka-iluminado na bahagi ng cell, sa mga kondisyon ng katamtaman at mababang ilaw, maaari silang pumili ng ilang mga intermediate na posisyon kung saan pinamamahalaan nilang "mahuli" ang pinakamaraming sikat ng araw. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na "phototaxis".
Tulad ng mitochondria, ang mga chloroplast ay medyo autonomous na mga organelle. Mayroon silang sariling mga ribosom, nag-synthesize sila ng isang bilang ng mga partikular na protina na ginagamit lamang nila. Mayroong kahit na mga tiyak na enzyme complex, sa panahon ng trabaho kung saan ang mga espesyal na lipid ay ginawa, na kinakailangan para sa pagtatayo ng mga lamella shell. Napag-usapan na natin ang tungkol sa prokaryotic na pinagmulan ng mga organel na ito, ngunit dapat itong idagdag na itinuturing ng ilang mga siyentipiko na ang mga chloroplast ay sinaunang mga inapo ng ilang mga parasitiko na organismo na unang naging mga symbionts, at pagkatapos ay ganap na.naging mahalagang bahagi ng cell.
Ang kahalagahan ng mga chloroplast
Para sa mga halaman, ito ay halata - ito ang synthesis ng enerhiya at mga sangkap na ginagamit ng mga selula ng halaman. Ngunit ang photosynthesis ay isang proseso na nagsisiguro sa patuloy na akumulasyon ng organikong bagay sa isang planetary scale. Mula sa carbon dioxide, tubig at sikat ng araw, ang mga chloroplast ay maaaring mag-synthesize ng malaking bilang ng mga kumplikadong high-molecular compound. Ang kakayahang ito ay katangian lamang para sa kanila, at ang isang tao ay malayo pa sa pag-uulit ng prosesong ito sa mga artipisyal na kondisyon.
Lahat ng biomass sa ibabaw ng ating planeta ay may utang sa pagkakaroon nito sa pinakamaliliit na organelles na ito, na matatagpuan sa kailaliman ng mga selula ng halaman. Kung wala sila, kung wala ang proseso ng photosynthesis na isinasagawa nila, walang buhay sa Earth sa mga modernong pagpapakita nito.
Sana ay natutunan mo sa artikulong ito kung ano ang chloroplast at kung ano ang papel nito sa isang organismo ng halaman.
